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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Drehmomentmessung eines Schrittmotors mithilfe eines Gleichstrommotors


Autor: Albert ... (albert-k)
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Guten Abend
Ich hänge derzeit an dem Problem das ich das abgegebene Drehmoment eines 
Schrittmotors messen muss. Hierzu hatte ich mir gedacht einen DC-Motor 
als Last für den Schrittmotor zu benutzen. Beim DC-Motor ist das 
entwickelte Drehmoment proportional dem aufgenommenen Motorstrom. Über 
die Leistungsbilanz des Gleichstrommotors kann man sich die 
Drehmoment-Motorstrom Kennlinie einfach errechnen. Dies habe ich getan 
und erhielt den angehängten Graphen (wenn jmd. die Ermittlungsmethode 
interesiert: 
http://projektlabor.ee.tu-berlin.de/projekte/robot...). 
Das erhaltene Kennlinienfeld stimmt auch recht gut mit dem aus dem 
Datenblatt überein.

Abschnitt 1:
Nun hatte ich mir gedacht das ich die Motorachsen von Schrittmotor und 
Gleichstrommotor miteinander verbinde. Wenn ich nun den Schrittmotor 
normal betreibe präge ich über eine Stromsenke einen konstanten Strom in 
den DC-Motor ein. Diesen Strom (und somit die Last auf den Schrittmotor) 
erhöhe ich solange bis es zu Schrittverlusten kommt. Den so ermittelten 
Strom zeichne ich über die Schrittgeschwindigkeit auf.

Abschnitt 2:
Und hier kommt es zum Problem: Die von mir ermittelten Kurven stimmen 
nicht mit denen aus dem Datenblatt des Schrittmotors überein. Meine 
Überlegung war nun das ein Teil des Drehmomentes das der Schrittmotor 
liefert als Reibmomente an der Schrittmotorachse, DC-Motorachse 
abfallen. Die Summe dieser Reibmomente (bzw. aller möglicher anderer 
Momentverluste die da mit reinspielen) würde ich nun wie folgt 
bestimmen:

Schrittmotoranschlüsse offen lassen. Und Spannung an den DC-Motor 
anlegen. Die Spannung am DC Motor nun langsam erhöhen bis dieser anfängt 
sich zu drehen (vorher wird er wegen der Reibmomente stehen bleiben aber 
einen Strom aufnehmen). Der Motorstrom denn ich nun im Moment des 
Loslaufens des Motors messe entspricht meinem Reibmoment.

Wenn ich nun meine Messungen aus Abschnitt 1 wiederholle muss ich diesen 
Strom auf meinen ermittelten Strom aufaddieren. Denn das Reibmoment 
kommt nicht am DC-Motor an (und macht sich nicht in einem Strom 
bemerkbar).

Sind meine Überlegungen korrekt oder betreibe ich ganz großen Unfug?

Grüße und dank den Leuten die sich meinen Textblock durchlesen.

Autor: Tom R. (rengi)
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So einfach wirds leider nicht funktionieren. Der Schrittmotor hat 
nämlich auch noch ein Rastmoment.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Das Drehmoment eines Motors : Eine Walze mit Radius R und ueber die legt 
man ein paar Umgaenge einer Schnur(Drahtseil, oder Entloetlitze) und 
haengt ein Gewicht dran. In der geeigneten Drehrichtung erzeugt das 
Gewicht mal der Radius das Drehmoment. Auf die andere Richtung 
blockiert's.

Autor: Albert ... (albert-k)
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Thomas Re. schrieb:
> So einfach wirds leider nicht funktionieren. Der Schrittmotor hat
> nämlich auch noch ein Rastmoment.

Wird das Rastmoment nicht mit beachtet wenn ich den DC-Motor mit dem 
Schrittmotor belaste und den Strom feststelle der zum losdrehen des 
DC-Motors benötigt wird? ich weiß das dieses Rastmoment nicht 
gleichmässig auftritt sondern über einen Schrittimpuls hin abnimmt. Aber 
in erster Näherung müsste dies doch gehen?


Hey noch Was schrieb:
> Das Drehmoment eines Motors : Eine Walze mit Radius R und ueber die legt
> man ein paar Umgaenge einer Schnur(Drahtseil, oder Entloetlitze) und
> haengt ein Gewicht dran. In der geeigneten Drehrichtung erzeugt das
> Gewicht mal der Radius das Drehmoment. Auf die andere Richtung
> blockiert's.
Diese Methode ist zu langwierig und ungenau.

Autor: byte (Gast)
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Albert ... schrieb:
>> So einfach wirds leider nicht funktionieren. Der Schrittmotor hat
>> nämlich auch noch ein Rastmoment.
> Wird das Rastmoment nicht mit beachtet wenn ich den DC-Motor mit dem
> Schrittmotor belaste und den Strom feststelle der zum losdrehen des
> DC-Motors benötigt wird? ich weiß das dieses Rastmoment nicht
> gleichmässig auftritt sondern über einen Schrittimpuls hin abnimmt. Aber
> in erster Näherung müsste dies doch gehen?

Das ist halt ein nichtlinearer Effekt der im Stillstand am größten ist. 
Man kann den umgekehrten Versuch wagen... Motor wegdrehen lassen... und 
dann den Strom langsam runterdrehen bis das Teil stehen bleibt. Denke 
das müste genauer sein.

Oder was mir ala Brainstorming noch einfällt... eine "Waage" aufbauen. 
Beide Motoren bestromen bis sich ein "Gleichgewicht" einstellt. Anhand 
der gemessenen Ströme/Leistungen und der Bekannten 
Leerlauf/Volllastwerte müsste es eigentlich möglich sein noch ein paar 
Dinge auszurechnen.

Autor: Albert ... (albert-k)
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byte schrieb:
> Albert ... schrieb:
>>> So einfach wirds leider nicht funktionieren. Der Schrittmotor hat
>>> nämlich auch noch ein Rastmoment.
>> Wird das Rastmoment nicht mit beachtet wenn ich den DC-Motor mit dem
>> Schrittmotor belaste und den Strom feststelle der zum losdrehen des
>> DC-Motors benötigt wird? ich weiß das dieses Rastmoment nicht
>> gleichmässig auftritt sondern über einen Schrittimpuls hin abnimmt. Aber
>> in erster Näherung müsste dies doch gehen?
>
> Das ist halt ein nichtlinearer Effekt der im Stillstand am größten ist.
> Man kann den umgekehrten Versuch wagen... Motor wegdrehen lassen... und
> dann den Strom langsam runterdrehen bis das Teil stehen bleibt. Denke
> das müste genauer sein.
Das werde ich mal ausprobieren und die Werte vergleichen. Dann sieht man 
ja wie stark sie auseinander liegen.


> Oder was mir ala Brainstorming noch einfällt... eine "Waage" aufbauen.
> Beide Motoren bestromen bis sich ein "Gleichgewicht" einstellt. Anhand
> der gemessenen Ströme/Leistungen und der Bekannten
> Leerlauf/Volllastwerte müsste es eigentlich möglich sein noch ein paar
> Dinge auszurechnen.
Auch eine Idee die sich lohnt zu verfolgen. Werde nachher mal die 
Ergebnisse posten.

Autor: rehaus (Gast)
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den Schrittmotor in seiner Halterung drehbar lagern. Dann das 
Reaktionsmoment über eine Waage oder Kraftmessdose messen.
Gemessene Kraft x Hebelarm = Drehmoment

Autor: Frank Xy (flt)
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rehaus schrieb:
> den Schrittmotor in seiner Halterung drehbar lagern. Dann das
> Reaktionsmoment über eine Waage oder Kraftmessdose messen.
> Gemessene Kraft x Hebelarm = Drehmoment

Hi,

gibt es schon. Nennt sich Pendelmaschine und wird gern im Prüffeld 
verwendet(sofern man eine hat).

An den Threadstarter:

Empfehlenswerte Literatur:

Nürnberg/Hanitsch Die Prüfung elektrischer Maschinen
(schwer zu bekommen- sehr teuer, besser ausleihen)

Rudolf Richter Elektrische Maschinen 1-5
(am besten in Unibibliotheken zu leihen)

mfg

Autor: byte (Gast)
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Frank Xy schrieb:
> Nürnberg/Hanitsch Die Prüfung elektrischer Maschinen
> (schwer zu bekommen- sehr teuer, besser ausleihen)

OMG. Mir war garnicht bewust wie Teuer das teil ist.
=> 
http://www.amazon.de/Pr%C3%BCfung-elektrischer-Mas...

Autor: Frank Xy (flt)
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byte schrieb:
> Frank Xy schrieb:
>> Nürnberg/Hanitsch Die Prüfung elektrischer Maschinen
>> (schwer zu bekommen- sehr teuer, besser ausleihen)
>
> OMG. Mir war garnicht bewust wie Teuer das teil ist.
> =>
> 
http://www.amazon.de/Pr%C3%BCfung-elektrischer-Mas...

Also mir wurde damals gesagt dass es nur noch Restbestände beim Verlag 
gibt und eine Neuauflage nicht geplant sei...
Wenn ich mir den Link anschaue dann gab es wohl doch eine neue Auflage.
Der Preis...ich habe damals ca. 300 DM bezahlt. Jetzt werden schon 300 
EUR für gebrauchte Exemplare verlangt!

Autor: Albert ... (albert-k)
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Hallo
der Begriff Pendelmaschine zur Bestimmung des Drehmomentes war mir 
bisher völlig unbekannt (kannte nur die Messsysteme mit Dehnmessstreifen 
auf einem Verdrehbaren Element das an den Rotor gekoppelt wird). Ist ein 
Interessantes System das sich gut anchbauen liese. Leider habe ich keine 
DC-Motoren die als Außenläufer ausgeführt sind. Hätte aber auch vorher 
auf diese Idee kommen können...

Ich habe nun die Ergebnisse meiner Messung des Startstromes um das 
Rastmoment zu überwinden.

Wenn ich den Strom im DC-Motor so lange erhöhe bis er vom Stillstand in 
eine Drehbewegung übergeht werden ca. 1,72A benötigt.
Wenn ich den DC-Motor in Drehung versetze und dann den Strom verkleinere 
kommt er bei einem Strom von 1,35A zum stehen. Es ist also ein 
deutlicher Unterschied zu sehen.

Vielen Dank an byte für diesen Hinweis!

Autor: Frank Xy (flt)
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Albert ... schrieb:
> Hallo
> der Begriff Pendelmaschine zur Bestimmung des Drehmomentes war mir
> bisher völlig unbekannt (kannte nur die Messsysteme mit Dehnmessstreifen
> auf einem Verdrehbaren Element das an den Rotor gekoppelt wird). Ist ein
> Interessantes System das sich gut anchbauen liese. Leider habe ich keine
> DC-Motoren die als Außenläufer ausgeführt sind. Hätte aber auch vorher
> auf diese Idee kommen können...

Also ich habe in meiner bisherigen Praxis noch keinen Gleichströmer als 
Aussenläufer gesehen. Da müsste man ja den Kommutator invers aufbauen...


mfg

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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@ Frank Xy (flt)

>Da müsste man ja den Kommutator invers aufbauen...

was meinst Du mit invers aufbauen?

Machbar wär das schon, aber die Umfangsgeschwindigkeit - und damit der 
Abrieb der Bürsten wäre gößer.

Die "Alten" wußten schon was sie machen.

guude
ts

ps

Drehmomentmessung....pronischer Zaum..ging früher auch

Autor: Frank Xy (flt)
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Thomas S. schrieb:
> @ Frank Xy (flt)
>
>>Da müsste man ja den Kommutator invers aufbauen...
>
> was meinst Du mit invers aufbauen?

Wenn der Läufer mit seiner Wicklung aussen ist dann wohl auch der 
Kommutator. Dann würden die Bürsten auf der Innenseite laufen.

>
> Machbar wär das schon, aber die Umfangsgeschwindigkeit - und damit der
> Abrieb der Bürsten wäre gößer.
>
> Die "Alten" wußten schon was sie machen.

Genau. z.B. dass eine Reihenschlussmaschine nur durch eine 
Reihenschlussmaschine ersetzt werden kann. Heute glaubt mancher dass man 
jedes Problem durch massiven Einsatz irgendwelcher Leistungselektronik 
erschlagen kann. Aber das geht jetzt ziemlich Offtopic.

>
> guude
> ts
>
> ps
>
> Drehmomentmessung....pronischer Zaum..ging früher auch

Bei sowas durfte ich mal als Lehrling mitmachen. Ziemlich üble Sache und 
nach Aussage unseres Prüfingenieurs nicht wirklich genau.

mfg

Autor: Martin (Gast)
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... pronischer Zaum ...

Wieder etwas gelernt: obwohl der/die Datenkrake nur 6 (!) Ergebnisse 
liefert.

Autor: Frank Xy (flt)
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Martin schrieb:
> ... pronischer Zaum ...
>
> Wieder etwas gelernt: obwohl der/die Datenkrake nur 6 (!) Ergebnisse
> liefert.

Schreib es mal mit "y": Pronyscher Zaum

Autor: Martin (Gast)
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... Pronyscher Zaum ...

Merci beaucoup :)

Autor: Thorsten Ostermann (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite
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Hallo Albert!

Wie groß ist denn der Motor, den du messen willst (Flanschmaß) und wie 
genau soll die Messung sein? Ich habe einen noch unfertigen Prüfstand 
mit Drehmomentsensor hier stehen. Damit kann ich zumindest im statischen 
Zustand (=Haltemoment) schon ganz gute Messungen machen. Als Last soll 
nachher ein 3-Phasen Servo zum Einsatz kommen, aber ich habe noch keinen 
Drehstrom in der Werkstatt...

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

Autor: Albert ... (albert-k)
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Thorsten Ostermann schrieb:
> Hallo Albert!
>
> Wie groß ist denn der Motor, den du messen willst (Flanschmaß) und wie
> genau soll die Messung sein? Ich habe einen noch unfertigen Prüfstand
> mit Drehmomentsensor hier stehen. Damit kann ich zumindest im statischen
> Zustand (=Haltemoment) schon ganz gute Messungen machen. Als Last soll
> nachher ein 3-Phasen Servo zum Einsatz kommen, aber ich habe noch keinen
> Drehstrom in der Werkstatt...
>
> Mit freundlichen Grüßen
> Thorsten Ostermann

Hallo
Flanschmaß sind 5mm mit einer D-Achse. Danke für dein Angebot, aber ich 
bin mit den messungen bereits fertig.

Autor: Stan (Gast)
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Hallo Albert,

kannst du vielleicht uns/mir verraten wie du die Messungen durchgeführt 
hast? Danke schon mal!

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Fuer Drehzahlen ungleich Null koennte man auch eine Wirbelstrombremse 
verwenden und dort per Hebel das Drehmoment messen. Die Bremskraft waere 
bei fester Drehzahl mit dem Strom zusammenhaengend.

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